刀具磨损和刀具耐用度ppt课件

金属切削原理与机床,1,第七章 刀具磨损和刀具耐用度,【定义】 刀具在切削金属，切下切屑的同时，其本身也将发生钝化，而失去切削能力，称刀具的磨损。 【影响】 刀具磨损后，Fr和温度急剧上升，甚至引起振动 刀具的磨损使工件加工精度下降，表面质量显著恶化，刀具材料消耗增加，使加工不能正常进行。,破损：突发的破坏,磨损：逐渐产生的损耗,刀具失效,塑性破损,脆性破损：崩刃（切削刃产生小的缺口）、剥落、碎断、裂纹,2,刀具磨损,（前刀面磨损）,3,7-1 刀具磨损的形态,一、前刀面磨损 切削塑性材料时，如果切削速度和切削厚度较大，在刀具前刀面上经常会磨出一个月牙洼，用最大深度KT表示磨损值。,4,加工脆性材料或在切削速度较低、切削厚度较小（hD01mm），由于前刀面上刀屑间的作用相对较弱，主要发生后刀面磨损。 用平均磨损带宽度VB表示磨损值。,二、后刀面磨损,5, 后刀面磨损 表现：后刀面上磨出后角为零的棱面, 前刀面磨损 月牙洼,KT, 前后刀面同时磨损,VB,6,三、边界磨损,位置：主切削刃靠近工件外皮处及副切削刃靠近刀尖处的后刀面上，接触处磨出较深的沟纹，其磨损宽度大于B区，这种磨损称为边界磨损。 边界磨损主要是由于工件在边界处的加工硬化层、硬质点和刀具在边界处的较大应力梯度和温度梯度所造成的。加工铸、锻等外皮粗糙的工件，也容易发生边界磨损 切削钢料、铸锻件等外皮粗糙,7,7-2刀具磨损的原因,刀具正常磨损的原因是机械磨损，热、化学磨损。 机械磨损是由工件材料中硬质点的刻划作用引起的 热、化学磨损是由黏结、扩散、腐蚀等引起的磨损。,8,现象：刀具表面刻划出沟纹 机理：切削时，切屑、工件材料中含有一些碳化物、氮化物和氧化物等硬质点不断刻划刀面 在低速切削时最为明显。,一、硬质点磨损,9,二、粘结磨损,切削时，切屑、工件与前、后刀面之间存在很大的压力和强烈的摩擦，形成新鲜表面接触而发生冷焊粘结。由于切屑在滑移过程中产生剪切破坏，带走刀具材料，从而造成粘结磨损。 高温、高压、新表面 刀具与工件的硬度比 高速切削时的不稳定积屑瘤,10,三、扩散磨损,热作用的磨损 机理：切削高温下刀具与工件的新鲜表面接触接触面上化学元素扩散到对方刀具材料的成分结构改变刀具表层变脆而发生扩散磨损 扩散磨损随切削温度的上升而按照指数规律迅速增大 切削速度增大，扩散磨损增大高速切削时主要磨损原因,11,四、化学磨损,氧化磨损：TiC、WC、Co氧化产生较软的氧化物 化学磨损是造成边界磨损的原因之一 低温区，机械磨损为主 高温区，热、化学磨损为主,五、小结,12,7-3刀具的磨损过程及磨钝标准,13,一、刀具的磨损过程,初期磨损阶段 正常磨损阶段 急剧磨损阶段,14,二、刀具的磨钝标准,【定义】刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，此磨损限度称为磨钝标准 ISO标准规定，以1/2背吃刀量处的后刀面磨损带宽度VB作为刀具的磨钝标准 粗加工VB较小 精加工VB较大 系统刚度降低VB降低,15,7-4刀具耐用度经验公式,一、刀具耐用度的定义 刀具耐用度是指一把刃磨好的新刀从投入使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间。 刀具耐用度是衡量刀具材料切削性能、工件材料的切削加工性及刀具几何参数是否合理的重要参数。,16,二、刀具耐用度与切削用量的关系,切削用量三要素与寿命的关系：,用YT15硬质合金车刀切削b=0.63GPa的碳钢时，切削用量与刀具寿命的关系式为：,切削用量： 、 、 愈大， 刀具磨损加剧。但 的影 响最大 、 次之、 最小。,17,7-5切削用量的制订,一、制订切削用量的原则 原则：使刀具的切削性能和机床的动力性能得到充分发挥，并在保证加工质量的前提下，获得高生产率和低加工成本的切削用量。 1.对切削加工生产率的影响 单位时间内的金属切除量Zw,18,2.对刀具耐用度的影响 3.对加工质量的影响 apFz工艺系统弹性变形、振动加工精度、表面粗糙度 f 切削力、表面粗糙度 v 切屑变形 、切削力 、表面粗糙度 粗加工（半精加工），较小的ap、 f 硬质合金车刀采用较高的切削速度 高速钢刀具采用较低的切削速度,19,二、切削用量三要素的确定,1.背吃刀量ap的确定 粗加工，尽可能取大的背吃刀量和少的走刀次数 中等功率机床 ap=810mm 半精加工 当单边加工余量h2mm时，两次切除 第一次走刀 第二次走刀 一般ap=0.52mm,20,精加工，一般 ap=0.10.4mm 2.进给量f的确定 粗加工时， f由机床进给机构强度、刀具强度与刚性、工件的装夹刚度决定 精加工时， f由加工精度和表面粗糙度决定 生产实际中多采用经验公式或查表法确定f 3.切削速度v的确定 一般原则是： （1）粗车时， ap、f 较大，选择较低的v；精车时， ap 、 f 均较小，选择较高的v。 （2）工件材料强度、硬度高时，应选较低的v。,21,计算法 查表法 表11-5，p178,22,三、切削用量选择原则,在选择切削用量以提高生产率时： 首先尽量选用大的背吃刀量ap 其次根据加工条件和加工要求允许的最大f 最后在刀具耐用度和机床功率所允许的情况下选择最大的切削速度v,23,四、提高切削用量的途径,采用切削性能更好的新型刀具材料； 改善工件材料的切削加工性； 改进刀具结构和选配合理刀具几何参数 提高刀具的制造和刃磨质量； 采用新型的、性能好的切削液和高效的冷却方法。,24,7-6刀具几何参数的合理选择,1.前角（ 0 ）,作用, 减小切屑的变形, 减小前刀面与切屑之间的摩擦力,0,切削力和切削热,刀具的磨损,工件加工精度和表面质量,0,o1,Pr,o2,25,选择,前角（0）可正、可负、也可以为零,高速钢车削碳钢： 0=200300,硬质合金车削碳钢： 0=100200,26,2. 后角（ 0）,作用：,减小工件加工表面与主后刀面之间的摩擦力,所以,减小切削力和切削热,减小刀具的磨损,提高工件的加工精度和表面质量,0,27,选择,加工脆性材料和粗加工取小后角（ 0）,后角（ 0）只能是正的。,精加工： 0= 80120,粗加工： 0= 4080,3 . 主偏角（ r）,改善切削条件，提高刀具寿命,作用：,减小r ：当ap、f 不变时，则 aw 、ac 使切削条件得到改善，提高了刀具寿命。,28,选择,系统刚性好：取较小的r,系统刚性差：取较大的r,但r Fy 、Fx 加大工件的变形挠度使工件精度降低，同时容易引起系统振动。,29,4 . 副偏角（ r）,作用：最终形成已加工表面,选择：在不产生振动的前提下，取小值。,r ：使已加工表面残留密集的高度减小，降低工件的表面粗糙度。,30,5 . 刃倾角（ S ）,作用, 影响切削刃的锋利程度,影响切屑流出方向,影响刀头强度和散热条件,影响切削力的大小和方向,选择：,粗加工：可取零或负（ S =0、- S ）,精加工：取 正（+S ）,31,7-7工件材料的切削加工性,【定义】工件材料的切削加工的难易程度。 当被切削工件难加工时，切削加工性差（低） 反之，切削加工姓好（高）,32,一、材料切削加工性的衡量指标,1）以一定耐用度下的切削速度vT衡量加工性； 2）以切削力或切削温度衡量加工性； 3）以加工表面质量衡量加工性； 4）以切屑控制或断屑的难易,33,二、工件材料的物理力学性能对切削加工性的影响,一般认为，工件材料的物理、力学性能越高，越难加工，切削加工性越差。 塑性、冲击韧性越大，加工性越差 热导率越大、加工性越好,34,三、改善切削加工性的途径,改善材料 调整材料的化学成分 适当热处理 改善加工条件 选用合适地刀具材料及切削用量 选用合适的设备和加工方法 选择切削性好的材料状态,35,